Tugas Makalah Desain Sistem InstrumentasiInkubator Portable Semi Otomatis Berbasis Mikrokontroler dan ThermoelekrikUntuk memenuhi tugas kuliah DSIDosen :

Kelompok 4 :Aisha Dimyati Fadilah (125090800111004)Nadana Ayzahh Aziz (125090800111017)Dwiki Ramadhian (125090807111015)Ardhi Wibowo (125090800111020)Zubdatul Fikri (125090807111006)Herlambang l. Firdaus (125090807111011)

Jurusan FisikaFakultas Matematikan dan Ilmu Pengetahuan AlamUniversitas Brawijaya2015

DAFTAR ISI

DAFTAR ISI2BAB IPENDAHULUAN31.1 Latar Belakang31.2 Rumusan Masalah41.3 Batasan Masalah41.4 Tujuan4BAB IITINJAUAN PUSTAKA52.1 Bayi Prematur52.2. Inkubator52.3 Thermoelektrik6BAB IIIPEMBAHASAN73.1 Rancangan Inkubator Portable Semi Otomatis73.2Komponen Inkubator Portable Semi Otomatis83.3Cara Kerja Inkubator Portable Semi Otomatis13BAB IVPENUTUP154.1 Kesimpulan154.2 Saran15DAFTAR PUSTAKA16

BAB IPENDAHULUAN

1.1 Latar BelakangJumlah kematian bayi prematur di dunia atau khususnya di Indonesia dari tahun ke tahun semakin meningkat. Bayi prematur merupakan bayi yang lahir dibawah 37 minggu. Bayi prematur memiliki resiko kematian 70 kali lebih besar daripada bayi normal. Hal ini dikarenakan daya tahan atau imunitas bayi prematur sangatlah rendah sehingga bayi prematur sulit untuk beradaptasi dengan lingkungannya. Salah satu penyebab utama kematian bayi prematur adalah hipotermia. Hipotermia disebabkan rendahnya produksi panas dan tingkat kehilangan panas tinggi karena pengaruh lingkungan dengan proses konduksi, evaporasi, konveksi dan radiasi. Rendahnya saturasi oksigen juga menjadi salah satu penyebab kematian bayi prematur. Saturasi oksigen yang rendah dapat menyebabkan terhambatnya pasokan oksigen ke otak yang dapat menggannggu metabolisme tubuh.Di daerah-daerah terpencil sat ini masih sulit ditemukan inkubator untuk bayi prematur sehingga bayi prematur harus dirujuk ke rumah sakit yang lebih besar agar bisa ditangani lebih lanjut. Inkubator portable semi otomatis ini dirancang untuk mengurangi resiko hipotermia dengan mengurangi kehilangan panas dengan menggunakan kontrol suhu dan kelembapan. Dengan menggunakan komponen peltier atau termoelektrik akan menghasilkan tingkat efisiensi yang tinggi namun tingkat kehilangan energi yang dihasilkan rendah.Inkubator ini juga dilengkapi dengan pemasok oksigen dari udara lingkungan yang di strerilkan dengan ultraviolet serta lemari pendingin untuk penyimpanan asi dengan energi hasil samping dari proses pemanas. 1.2 Rumusan Masalaha. Bagaimana rancangan inkubator portable semi otomatis yang akan digunakan untuk mengurangi jumlah kematian bayi prematur karena penanganan yang terlambat?b. Komponen apa saja yang digunakan dalam rancangan inkubator portable semi otomatis tersebut?c. Bagaimana cara kerja dari inkubator portable semi otomatis?

1.3 Batasan Masalaha. Hanya membahas rancangan instrumentasi inkubator dan tidak membahas desain inkubator secara keseluruhanb. Parameter yang dikontrol adalah suhu, kelembapan dan pasokan udara yang masuk ke dalam inkubator1.4 Tujuana. Mengetahui rancangan inkubator portable semi otomatisb. Mengetahui komponen apa saja yang digunakan dalam inkubator portable semi otomatisc. Mengetahui cara kerja inkubator portable semi otomatis

BAB IITINJAUAN PUSTAKA

2.1 Bayi PrematurBayi prematur adalah bayi dengan usia kehamilan kurang dari 37 minggu dan denganberat lahir kurang dari 2500 gram (Imam, 2005). Bayi prematur adalah bayi yang dilahirkan dengan berat kurang dari 2500 gr, kapan pun bayi itu dilahirkan, baik pada minggu ke 32, 36, atau 39. (Stoppard, 2007). Menurut WHO bayi prematur adalah bayi yang lahir hidup sebelum usia kehamilan 37 minggu (dihitung dari hari pertama haid terakhir ) tanpa memperhatikan berat badan (Berhman, Kliegman, & Arvin, 2000).Pada bayi yang baru lahir dan membutuhkan perawatan khusus, diperlukan suhu lingkungan yang netral, suhu ini dapat diupayakan dengan berbagai cara. Salah satunya dengan inkubator. Inkubator pada umumnya ada dua macam yaitu inkubator tertutup yang semua perawatan dan pengobatannya diberikan melalui lobang lengan yang tersedia, di buka bila diperlukan, misalnya bayi dalam keadaan darurat, dan inkubator terbuka yang harus dibuka bila perawat akan melakukan tindakan perawatan bayi.

2.2. InkubatorInkubator bayi adalah peralatan yang umum ada di rumah sakit yang umumnya digunakan untuk menyediakan lingkungan yang aman dan stabil untuk bayi yang baru lahir.Seringnya untuk bayi yang lahir dalam keadaan prematur atau mempunyai penyakit atau disabilitas yang membuat mereka sangat rentan di bulan bulan pertama kelahiran mereka(Josh Baum, 2013).a. Suhu inkubator ditentukan berdasarkan berat badan bayi agar suhu lingkunganb. memungkinkan bayi dapat mempertahankan suhu tubuhnya dalam batas normal (36,6 37,5). Bila menggunakan air untuk menjaga kelembaban inkubator, air harus diganti dengan yang steril setiap 8 atau 24 jam.c. Bagian luar inkubator dibersihkan setiap hari, bagian dalam bila terkena muntahan atau feses segera dibersihkan dengan menggunakan zat disinfektan, misalnya savlon 1:100. Bila inkubator dibersihkan, bayi dipindahkan pada inkubator lain yang sudah dihangatkan lebih dulu.d. Bayi yang dirawat di dalam inkubator tertutup dengan sevokontrol tidakBerpakaian (Asrining,dkk, 2014)2.3 ThermoelektrikEfek termoelektrik adalah konversi langsung dari perbedaan suhu dengan tegangan listrik dan sebaliknya . Perangkat thermoelectric menciptakan tegangan ketika ada suhu yangberbeda di setiap sisi . Sebaliknya bila diberi tegangan maka akan menciptakan perbedaansuhu . Pada skala atom , gradien suhu Terapan Penyebab perubahan di dalam materi untukberdifusi dari sisi panas ke sisi dingin. Efek ini dapat digunakan untuk menghasilkan listrik ,mengukur suhu atau mengubah suhu benda . Untuk menjaga agar pemanasan dan pendinginan tidak berlebihan pada penerapan polaritas tegangan, pengendali suhu sebagaiperangkat termoelektrik dapat digunakan.Istilah " termoelektrik efek " meliputi tiga efek terpisah diidentifikasi : efek Seebeck ,efek Peltier , dan efek Thomson . Buku teks mungkin menyebutnya sebagai efek Peltier Seebeck, Pemisahan ini berasal dari penemuan independen fisikawan Perancis Jean CharlesPeltier Athanase dan Baltik fisikawan Jerman Thomas Johann Seebeck . Panas yang dihasilkan setiap kali tegangan yang diterapkan di bahan resistif, terkaitmeskipun tidak umum disebut efek termoelektrik .

BAB IIIPEMBAHASAN

3.1 Rancangan Inkubator Portable Semi OtomatisBerikut adalah rancangan inkubator portable semi otomatis.

Rancangan inkubator terdiri dari beberapa bagian. Pertama adalah bagian panel pengaturan yang berfungsi sebagai tempat pusat kontrol seluruh rangkaian elektronik dalam inkubator yang terdiri dari kontrol suhu dan kelembapan. Bagian kedua adalah bagian sirkulasi udara yang terdiri dari fan untuk menjaga sirkulasi udara di dalam inkubator, sinar ultraviolet yang berfungsi untuk mensterilkan udara yang masuk ke dalam inkubator.Selanjutnya bagian tempat tidur yang terdiri dari Peltier sebagai sumber pemanas serta sumber pendingin dalam inkubator, spons katun dan kasur untuk tempat bayi ditempatkan. Rangkaian elektronik di dalam inkubator mencangkup sensor dan mikroprosessor. Sensor yang digunakan dalam inkubator adalah sensor suhu dan sensor kelembapan guna menjaga kondisi di dalam inkubator tetap sesuai dengan kebutuhan. Mikroporsessor berfungsi untuk mengatur seluruh rangkaian elektronik dan mengatur mobilitas dari tempat tidur. Bagian yang terakhir adalah bagian ruangan pendingin. Ruangan pendingin berfungsi sebagai tempat penyimpanan asupan bayi (ASI) agar asupannya tetap terjaga terus-menerus.3.2 Komponen Inkubator Portable Semi OtomatisA . Sensor Suhu LM 35Sensor suhu LM35 adalah komponen elektronika yang memiliki fungsi untuk mengubah besaran suhu menjadi besaran listrik dalam bentuk tegangan. Sensor Suhu LM35 yang dipakai dalam penelitian ini berupa komponen elektronika yang diproduksi oleh National Semiconductor. LM35 memiliki keakuratan tinggi dan kemudahan perancangan jika dibandingkan dengan sensor suhu yang lain, LM35 juga mempunyai keluaran impedansi yang rendah dan linieritas yang tinggi sehingga dapat dengan mudah dihubungkan dengan rangkaian kendali khusus serta tidak memerlukan penyetelan lanjutan.Meskipun tegangan sensor ini dapat mencapai 30 volt akan tetapi yang diberikan ke sensor adalah sebesar 5 volt, sehingga dapat digunakan dengan catu daya tunggal dengan ketentuan bahwa LM35 hanya membutuhkan arus sebesar 60 A hal ini berarti LM35 mempunyai kemampuan menghasilkan panas (self-heating) dari sensor yang dapat menyebabkan kesalahan pembacaan yang rendah yaitu kurang dari 0,5 C padasuhu 25 C . Karakteristik Sensor LM35.

1. Memiliki sensitivitas suhu, dengan factor skala linier antara tegangan dan suhu 10 mVolt/C, sehingga dapat dikalibrasi langsung dalam celcius.1. Memiliki ketepatan atau akurasi kalibrasi yaitu 0,5C pada suhu 25 C 1. Memiliki jangkauan maksimal operasi suhu antara -55 C sampai +150 C.1. Bekerja pada tegangan 4 sampai 30 volt.1. Memiliki arus rendah yaitu kurang dari 60 A.1. Memiliki pemanasan sendiri yang rendah (low-heating) yaitukurangdari 0,1 C padaudara diam.1. Memiliki impedansi keluaran yang rendahyaitu 0,1 W untuk beban 1 mA.1. Memiliki ketidaklinieran hanya sekitar C.

Sensor LM35 bekerja dengan mengubah besaran suhu menjadi besaran tegangan. Tegangan ideal yang keluar dari LM35 mempunyai perbandingan 100C setara dengan 1 volt. Sensor ini mempunyai pemanasan diri (self heating) kurang dari 0,1C, dapat dioperasikan dengan menggunakan power supply tunggal dan dapat dihubungkan antarmuka (interface) rangkaian control yang sangat mudah.IC LM 35 sebagai sensor suhu yang teliti dan terkemas dalam bentuk Integrated Circuit (IC), dimana output tegangan keluaran sangat linear terhadap perubahan suhu. Sensor ini berfungsi sebagai pegubah dari besaran fisis suhu ke besaran tegangan yang memiliki koefisien sebesar 10 mV /C yang berarti bahwa kenaikan suhu 1 C maka akan terjadi kenaikan tegangan sebesar 10 mV.

Gambar Rangkaian Sensor LM35

B. Sensor SHT11SHT11 Module merupaka nmodul sensor suhu dan kelembaban relatif dariSensirion. Modul ini dapat digunakan sebagai alat pengindra suhu dan kelembaban dalam aplikasi pengendali suhu dan kelembaban ruangan maupun aplikasi pemantausuhu dan kelembaban relative ruangan.Spesifikasidari SHT11 iniadalahsebagaiberikut:1. Berbasis sensor suhudankelembabanrelatifSensirion SHT11.2. Mengukur suhu dari -40C hingga +123,8C, ataudari -40F hingga +254,9F dan kelembaban relative dari 0%RH hingga 1%RH.3. Memiliki ketetapan (akurasi) pengukuran suhu hingga 0,5C pada suhu 25C dan ketepatan (akurasi) pengukuran kelembaban relative hingga 3,5%RH.4. Memiliki antarmuka serial synchronous 2-wire, bukan I2C.5. Jalur antarmuka telah dilengkapi dengan rangkaian pencegah kondisi sensor lock-up.6. Membutuhkan catu daya +5V DC dengan konsumsi daya rendah30W.7. Modul ini memiliki factor bentuk 8 pin DIP 0,6 sehingga memudahkan pemasangannya.

SHT11 adalah sebuahsingle chipsensor suhu dan kelembaban relative dengan multi modul sensor yang outputnya telah dikalibrasi secara digital. Dibagian dalamnya terdapat kapasitas polimer sebagai elemen untuk sensor kelembaban relative dan sebuah pita regangan yang digunakan sebagai sensor temperatur. Output kedua sensor digabungkan dan dihubungkan pada ADC 14 bit dan sebuah interface serial pada satu chip yang sama. Sensor ini mengahasilkan sinyal keluaran yang baik dengan waktu respon yang cepat. SHT11 ini dikalibrasi pada ruangan dengan kelembaban yang teliti menggunakan hygrometer sebagai referensinya. Koefisien kalibrasinya telah diprogramkan kedalam OTP memory. Koefisien tersebut akan digunakan untuk mengaklibrasi keluaran dari sensor selama proses pengukuran. Diagram Blok SHT11

Sistem sensor yang digunakan untuk mengukur suhu dan kelembaban adalah SHT11 dengan sumber tegangan 5 Volt dan komunikasibidirectonal 2-wire. Sistem sensor ini mempunyai 1 jalur data yang digunakan untuk perintah pengalamatan dan pembacaan data. Pengambilan data untuk masing-masing pengukuran dilakukan dengan memberikan perintah pengalamatan oleh mikrokontroler. Kaki serial Data yang terhubung dengan mikrokontroler memberikan perintah pengalamatan pada pin Data SHT11 00000101 untuk mengukur kelembaban relatifdan 00000011 untuk pengukuran temperatur. SHT11 memberikan keluaran data kelembaban dan temperature pada pin Data secara bergantiansesuai dengan clock yang diberikan mikrokontroler agar sensor dapat bekerja. Sensor SHT11 memilikiADC (Analog to Digital Converter) di dalamnya sehingga keluaran data SHT11 sudah terkonversi dalam bentuk data digital dan tidak memerlukan ADC eksternal dalam pengolahan data pada mikrokontroler.Cara kerja sensor SHT11 adalah sebagai berikut : Kaki serial data yang terhubung dalam mikrokontroler memberikan perintah pengalamatan pada pin data SHT11 0000101 untuk mengukur kelembapan relatif dan 00000011 untuk pengukuran temperatur. SHT11 memberikan keluaran data kelembapan dan temperatur pada pin data secara bergantia sesuai dengan clock yang diberikan oleh mikrokontroler agar sensor dapat bekerja. Sensor SHT11 memiliki ADC (Analog to Digital Converter) di dalamnya sehingga keluaran data SHT11 sudah dikonversi dalam bentuk data digital.Untuk mendapatkan nilai temperatur dan kelembapan, data hasil pembacaan SHT11 perlu dikonversi terlebih dahulu sebelum ditampilkan di LCD yaitu dengan rumus:RH =(DataRead* x 0.0405) (DataRead* x DataRead* x 0.0000028)-4; Temp =(DataRead* 4000)/100 Sensor SHT11 dihubungkan dengan MK dengan menghubungkan interface serial sensor ke port serial MK ATMEGA16

C. PeltierEfek termoelektrik adalah konversi langsung dari perbedaan suhu dengan tegangan listrik dan sebaliknya . Perangkat thermoelectric menciptakan tegangan ketika ada suhu yang berbeda di setiap sisi . Sebaliknya bila diberi tegangan maka akan menciptakan perbedaan suhu.Pada skala atom , gradien suhu Terapan Penyebab perubahan di dalam materi untuk berdifusi dari sisi panas ke sisi dingin. Efek ini dapat digunakan untuk menghasilkan listrik , mengukur suhu atau mengubah suhu benda . Untuk menjaga agar pemanasan dan pendinginan tidak berlebihan pada penerapan polaritas tegangan, pengendali suhu sebagai perangkat termoelektrik dapat digunakan. Istilah " termoelektrik efek " meliputi tiga efek terpisah diidentifikasi : efek Seebeck , efek Peltier , dan efek Thomson . Buku teks mungkin menyebutnya sebagai efek Peltier Seebeck, Pemisahan ini berasal dari penemuan independen fisikawan Perancis Jean Ch arles Peltier Athanase dan Baltik fisikawan Jerman Thomas Johann Seebeck . Panas yang dihasilkan setiap kali tegangan yang diterapkan di bahan resistif, terkait meskipun tidak umum disebut efek termoelektrik .

D. Catu Daya DC (Akumulator)Akumulator(accu,aki) adalah sebuah alat yang dapat menyimpanenergi(umumnya energilistrik) dalam bentuk energi kimia. Contoh-contoh akumulator adalahbateraidankapasitor.Pada umumnya diIndonesia, kata akumulator (sebagai aki atau accu) hanya dimengerti sebagai "baterai" mobil. Sedangkan di bahasaInggris, kata akumulator dapat mengacu kepadabaterai,kapasitor,kompulsator, dll. Di dalam standar internasional setiap satu cell akumulator memiliki tegangan sebesar 2 volt. Sehingga aki 12 volt, memiliki 6 cell sedangkan aki 24 volt memiliki 12 cell.Aki merupakan sel yang banyak kita jumpai karena banyak digunakan pada sepeda motor maupun mobil. Aki temasuk sel sekunder, karena selain menghasilkan aruslistrik, aki juga dapat diisi arus listrik kembali. Secara sederhana aki merupakan sel yang terdiri dari elektrode Pb sebagai anode dan PbO2 sebagai katode dengan elektrolit H2SO4.

3.3 Cara Kerja Inkubator Portable Semi Otomatis Blog Diagram

Proses kerja inkubator dilakukan per komponen kecuali proses kontrolnya dilakukan pada satu panel satu panel di lengkapi dengan mikrokontroler, adapun cara kerja per komponennya adalah sebagai berikut :a. Komponen pemasok panas dan kelembabanPanas dihasilkan dari satu sisi wafel termoelektrik yang bekerja dengan pasokan listrik DC dengan tegangan 6 s/d 12 Volt dan menghasilkan suhu dingin pada sisi yang lain, suhu dingin ini yang dimanfaatkan menjadi ruang pendingin untuk menyimpan ASI. Tipe termoelektrik yang dipakai mempunyai range panas maksimal 100oC.Pengontrol panas menggunakan beberapa sensor panas yang diletakkan pada posisi yang berbeda dengan fungsi yang berbeda pula.sensor panas pertama ditempelkan pada lempengan panas peltier, untuk menjaga peltier tidak rusak. Karena peltier memiliki grafik perbandingan antara tegangan masukan dan suhu yang dihasilkan.Jadi fungsi sensor suhu panas yang diletakkan pada peltier adalah untuk menjaga kestabilan suhu panas yang dihasilkan peltier.Sensor suhu panas keduaditempelkan pada dinding dalam inkubator untuk mengukur tingkat panas ruangan inkubator.Semua hasil sensor ini masuk ke mikrokontroler yang telah diprogram dan diberi parameter pada saat kapan saja peltier akan menghasilkan panas, apabila suhu panas melebihi parameter yang diberikan maka peltier akan berhenti menghasilkan panas namun apabila kurang maka peltier akan menghasilkan panas kembali.Sensor kelembaban diletakkan pada dinding dalam ruangan inkubator, untuk mendeteksi kelembapan inkubator, kemudian oleh mikrokontroler diproses dan ditampilkan pada layar LCD. Lampu peringatan kelembabanakan menyala apabila tingkat kelembaban kurang dari parameter yang dibuat. Kelembaban dihasilkan dari spon katun yang basah yang di hubungkan dengan tandon air.Sehingga apabila tingkat kelembaban kurang maka harus ditambahkan asupan air sampai level tertentu.b. Komponen pemasok oksigenPasokan oksigen digunakan untuk tindakan medis daruratapabila pasokan oksigen ruangan inkubator kurang atau udara lingkungan jelek.Oksigen dipasok dari tabung oksigen portabel yang diletakan diluar inkubator, yang dialirkan dengan selang lewat lubang yang disediakan.c. Komponen pemasok udaraFan akan mengambil udara dari luar, kemudian lampu UV akan menyaring udaradari bakteri dan udara steril dapat masuk ke inkubator.d. Komponen Tambahan (lemari pendingin)Selain menghasilkan panas, peltier juga akan menghasilkan dingin. Suhu dingin ini dimanfaatkan menjadi lemari pendingin untuk menyimpan asupan bayi berupa ASI

BAB IVPENUTUP

4.1 KesimpulanInkubator Portable dapat menjadi sebuah solusi dari permasalahan tingginya angka kematian bayi prematur yang terlambat dalam penanganan medis. Seperti yang kita ketahui bahwa rumah sakit yang berada di daerah indonesia memiliki perlengkapan yang kurang memadai untuk menangani kasus kelahiran bayi prematur. Hal ini dikarenakan inkubator yang tersedia sangtalah terbatas. Oleh karena itu, inkubator portabel ini telah didesain se-efektif mungkin dalam hal ukuran, daya yang digunakan dan fasilitas yang dimiliki. Inkubator Portabel semi-otomatis memiliki fungsi yang hampir sama dengan inkubator universal yang disediakan rumah sakit besar tetapi harga pembuatan dari inkubator ini lebih rendah daripada pembelian satu unit inkubator biasa. Sehingga inkubator portabel ini dapat diaplikasikan di rumah sakit kecil yang berada jauh dari rumah sakit dengan peralatan yang canggih. Selain itu, desain inkubator ini adalah solusi yang dapat menekan angka kematian dari bayi premature terutama di indonesia.

4.2 SaranKonsep inkubator yang kami buat masih banyak kekurangan dalam banyak sektor. Baik itu dari segi desain yang kurang ergonomis serta kekurangan referensi dalam memilih komponen yang lebih effisien dan praktis dalam menyusun sebuah sistem kerja yang kompleks. Oleh sebab itu, diperlukan pengetahuan serta informasi yang lebih lengkap dan update yang nantinya dapat mengurangi tingkat eror yang terjadi dalam penggunaan alat dengan tanpa mengurangi kepraktisannya dalam segi desain dan dapat berjalan dengan baik dalam penggunaannya.Dalam hal teknis pemilihan komponen harus benar-benar diperhatikan dan faktor-faktor yang mengurangi akurasi alat untuk diperhitungkan dampaknya, karena akan sangat riskan mengingat yang berada dalam inkubator adalah bayi manusia yang kondisinya masih rentan. Dengan pengembangan pengembangan yang dilakukan terhadap ide ini diharapkan alat ini dapat membantu kerja dari inkubator pendahulnya dan dapat bersaing dalam pasar.

DAFTAR PUSTAKA

Behrman., Kliegman. & Arvin. 2000. Nelson Ilmu Kesehatan Anak( edisi: 15, vol 2). Jakarta : EGCMusbikin, Imam.(2005). Panduan bagi ibu hamil & melahirkan, Yogyakarta : Mitra Pustaka.Stoppard. ( 2007). Buku Pintar Kehamilan Minggu Perminggu. Jakarta: PT. Mitra Media.

12